论文总字数：22304字

摘 要

农村由于其人口密度较低的特点，很难采用集中式的供暖、供热水方式，用电上也存在诸多不便，时常会遇到诸如停电或者电压低这样的问题。太阳能作为一种清洁的且十分普遍的可再生能源，它的热利用与光伏利用越来越受到人们的广泛关注。因此十分有必要结合农村实际情况研究如何充分利用太阳能光伏、光热技术来满足农村家庭的日常用能需要。本课题调研了农村家庭住宅的基本情况后，结合农村家庭的经济及环境等因素，设计了符合农村家庭的自然循环太阳能热水系统、太阳能地板辐射采暖系统及独立式太阳能光伏发电系统。首先通过能量平衡的计算，确定各个系统的供热、供电负荷，再分析每个系统的能量损耗，最后得出各个系统需要铺设的集热器和PV方阵面积，最后经过计算分析发现，在家庭全部能源消耗靠太阳能提供的情况下，本课题设计的三个系统太阳能综合利用效率分别为33.78%、38.22%和14.68%，从中得出结论，太阳能热利用和光伏利用效率值都在合理水平，能够应用于农村家庭满足日常能量需求。

关键词：能源自维持，光伏，光热 ，农村

Abstract

Becase of the low density of population in rural areas, it is difficult to use centralized heating and hot water supply. And there are many inconveniences in electricity, such as power cut or lou voltage. Solar energy as a clean and widespread renewable energy, has attracted more and more attention for its thermal utilization and photovoltaic utilization. Therefore , it is necessary to study how to make full use of solar photovoltaic and photothermal technology to meet the daily energy needs of rural families in light of the actual situation in rural areas. After investigating the basic situation of rural household, this paper designed the natural circulation solar hot water system, solar floor radiant heating system and independent solar photovoltaic power generation system, which is in line with the rural family’s economic and environmental factors. First of all , through the calculation of energy balance, the heating and power supply load of each system are determined, and the energy loss of each system is analyzed. The calculation analysis shows that the project is designed under the condition that all the energy consumption of the family is provided by the sun. The efficiency of solar energy utilization of the three system is 33.78%, 38.22% and 14.68% respectively. From this, it is concluded that the solar heat utilization and photovoltaic utilization efficiency are both at a reasonable level, and can be applied to rural family to meet the daily energy needs.

KEY WORDS: Self maintenance of energy，photovoltaic，photo-thermal，rural

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 我国农村利用太阳能的优势 2

1.3 研究的意义 2

1.3.1 对农村人民生活的意义 2

1.3.2 对环境的意义 2

1.4 太阳能热利用 3

1.5 太阳能光伏利用 4

1.6 调研对象分析 5

1.7 本课题研究目的与研究内容 5

第二章 太阳能热水系统 7

2.1 系统工作原理及设备选型 7

2.2 集热器面积的确定 8

2.3 储水箱容积的确定 9

2.4 本章小结 9

第三章 太阳能供暖系统 11

3.1 概述 11

3.2 供暖热负荷的确定 12

3.2.1 基本耗热量计算 12

3.2.2 附加耗热量计算 13

3.3 集热面积F的确定 14

3.4 蓄热水箱容量的确定 14

3.5 本章小结 15

第四章 独立式光伏发电系统 15

4.1 概述 15

4.2 系统组成及工作原理 15

4.3 蓄电池组容量计算 16

4.4 光伏方阵参数确定 16

4.4.1 太阳能组件串联数的确定 16

4.4.2 太阳能组件并联数的确定 17

4.5 PV方阵面积计算 18

4.6 本章小结 18

第五章 太阳能利用效率分析 19

5.1 概述 19

5.2 太阳能光热利用效率 19

5.2.1 太阳能热水系统太阳能利用效率 19

5.2.2 太阳能地板辐射采暖系统太阳能利用效率 19

5.3 太阳能光伏利用效率 19

第六章 总结展望 21

致谢 22

参考文献 23

附录 24

第一章 绪论

引言

能源是当今世界走可持续发展道路过程中必须要解决的问题，随着全球经济的快速发展，人类社会对于能源的需求越来越旺盛，据统计，全球一次能源消费总量近年来一直保持上升的趋势，在2016年达到了132.76吨油当量，比2015年增长了1.3%，2005年到2015年间年均复合增长率达到1.8%。然而，作为全球主要能源的化石能源终究有耗尽的一天，根据权威机构发布的数据来看，全球煤炭储采比大于100年，石油和天然气的储采比只有约50年，相对的，中国的煤炭储采比却只有短短的30年，而石油和天然气的储采比更是不足30年。寻找可靠的新能源代替化石能源是全球的热点问题，在中国更是如此。太阳能因其具有清洁及可再生的特性，受到人们越来越多的关注。相比起化石能源和生物质能源，太阳能具有不可替代的优越性。首先是普遍性，无论是城市还是偏远的山区亦或者远离陆地的小岛，处处皆有，全球大部分人类居住地不缺乏太阳能资源。我国的太阳能资源堪称丰富，全国超过60%的国土面积的年太阳能辐照量在5000MJ/m2以上，其中西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏以及河北等地的太阳能资源尤其丰富。这些地区年日照时数都在2200小时以上，是利用太阳能资源的可靠地区。

农村家庭能源消费量一直在全国能源消费总量中占据较大的比例，根据相关统计文献的数据显示，“在2013年我国全国人均生活能源消费量约为335.0千克标准煤，在农村地区这个数据达到了384千克标准煤”^[1]，超出全国平均标准约15%。我国农村家庭主要的能源来源见表1-1，能源消耗情况见表1-2

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